2018-2019學(xué)年高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4.1 勢能的變化與機械功課件 滬科版必修2.ppt

4.1勢能的變化與機械功,第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展,學(xué)習(xí)目標,1.認識重力做功與物體運動的路徑無關(guān)的特點，理解重力勢能的概念. 2.理解重力做功與重力勢能變化的關(guān)系. 3.知道重力勢能具有相對性，知道重力勢能是物體和地球所組成的系統(tǒng)所共有的.,內(nèi)容索引,重點探究 啟迪思維 探究重點,達標檢測 檢測評價 達標過關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、研究重力做功跟重力勢能變化的關(guān)系,1.重力勢能 (1)定義：物體由于 而具有的能量. (2)公式：Ep ，式中h是物體重心到 的高度. (3)單位： ；符號： . 2.重力做功與重力勢能的變化： (1)表達式：W Ep. (2)兩種情況： 物體由高處到低處，重力做 功，重力勢能 ； 物體由低處到高處，重力做 功，重力勢能 .,被舉高,mgh,參考平面,焦耳,J,Ep1Ep2,正,負,減少,增加,二、重力做功與路徑無關(guān) 1.重力做功的表達式：W ，h指初位置與末位置的 . 2.重力做功的特點：物體運動時，重力對它做的功只跟它的_ 有關(guān)，而跟物體運動的 無關(guān). 三、彈性勢能 1.定義：物體發(fā)生 時具有的勢能叫做彈性勢能. 2.大小：彈簧的勁度系數(shù)為k，彈簧的伸長量或壓縮量為x，則彈簧的彈性 勢能Ep .,mgh,高度差,初位置和末,位置的高度,路徑,彈性形變,即學(xué)即用 1.判斷下列說法的正誤. (1)重力做功與物體沿直線或曲線運動有關(guān).( ) (2)物體只要運動，其重力一定做功.( ) (3)同一物體在不同位置的重力勢能分別為Ep13 J，Ep210 J，則Ep1<Ep2.( ) (4)物體由高處到低處，重力一定做正功，重力勢能一定減少.( ) (5)重力做功一定與路徑無關(guān)，只與初、末位置的高度差有關(guān).( ) (6)只要發(fā)生形變的物體就一定具有彈性勢能.( ),答案,2.將質(zhì)量為m的物體從地面上方H高處由靜止釋放，物體落在地面后地面出現(xiàn)一個深度為h的坑，如圖1所示，重力加速度為g，在此過程中，重力對物體做功為_，重力勢能_(填“減少”或“增加”)了_.,答案,mg(Hh),減少,mg(Hh),圖1,重點探究,導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示，一個質(zhì)量為m的物體，從高度為h1的位置A分別按下列三種方式運動到高度為h2的位置B，在這個過程中思考并討論以下問題： (1)根據(jù)功的公式求出甲、乙兩種情況下重力做的功；,一、重力做功的特點,圖2,答案,答案甲中Wmghmgh1mgh2 乙中Wmglcos mghmgh1mgh2,(2)求出丙中重力做的功；,答案,答案把整個路徑AB分成許多很短的間隔AA1、A1A2，由于每一段都很小，每一小段都可以近似地看做一段傾斜的直線，設(shè)每段小斜線的高度差分別為h1、h2，則物體通過每段小斜線時重力做的功分別為mgh1、mgh2. 物體通過整個路徑時重力做的功 Wmgh1mgh2mg(h1h2)mghmgh1mgh2,(3)重力做功有什么特點？,答案,答案物體運動時，重力對它做的功只跟它的起點和終點的位置有關(guān)，而跟物體運動的路徑無關(guān).,知識深化 1.重力做功大小只與重力和物體高度變化有關(guān)，與物體受其他力及物體的運動狀態(tài)均無關(guān). 2.物體下降時重力做正功，物體上升時重力做負功. 3.在一些往復(fù)運動或多個運動過程的復(fù)雜問題中求重力做功時，利用重力做功的特點，可以省去大量中間過程，一步求解.,例1在同一高度，把三個質(zhì)量相同的球A、B、C分別以相等的速率豎直上拋、豎直下拋和平拋，它們都落到同一水平地面上.三個球在運動過程中，重力對它們做的功分別為WA、WB、WC，重力的平均功率分別為PA、PB、PC，則它們的大小關(guān)系為 A.WAWBWC，PAPBPCB.WAWBWC，PAPBPC C.WAWBWC，PBPCPAD.WAWBWC，PAPBPC,答案,解析,導(dǎo)學(xué)探究如圖3所示，質(zhì)量為m的物體自高度為h2的A處下落至高度為h1的B處.求下列兩種情況下，重力做的功和重力勢能的變化量，并分析它們之間的關(guān)系. (1)以地面為零勢能參考面；,圖3,二、重力勢能,答案重力做的功Wmghmg(h2h1)，選地面為零勢能參考面，EpAmgh2，EpBmgh1，重力勢能的變化量Epmgh1mgh2mgh.,答案,(2)以B處所在的平面為零勢能參考面.,答案選B處所在的平面為零勢能參考面，重力做功Wmghmg(h2h1).物體的重力勢能EpAmg(h2h1)mgh，EpB0，重力勢能的變化量Ep0mghmgh. 綜上兩次分析可見WEp，即重力做的功等于重力勢能的變化量的負值，而且重力勢能的變化與零勢能參考面的選取無關(guān).,答案,知識深化 1.重力做功與重力勢能變化的關(guān)系： WEp1Ep2Ep 2.重力勢能的相對性 物體的重力勢能總是相對于某一水平參考面，選取不同的參考面，物體重力勢能的數(shù)值是不同的.故在計算重力勢能時，必須首先選取參考平面. 3.重力勢能是標量，但有正負之分，物體在零勢能面上方，物體的重力勢能是正值，表示物體的重力勢能比在參考平面上時要多，物體在零勢能面下方，物體的重力勢能是負值，表示物體的重力勢能比在參考平面上時要少. 4.重力勢能的變化量與參考平面的選擇無關(guān).,例2如圖4所示，質(zhì)量為m的小球，從離桌面H高處由靜止下落，桌面離地高度為h.若以桌面為參考平面，那么小球落地時的重力勢能及整個過程中重力勢能的變化分別是(重力加速度為g) A.mgh，減少mg(Hh) B.mgh，增加mg(Hh) C.mgh，增加mg(Hh) D.mgh，減少mg(Hh),圖4,解析以桌面為參考平面，落地時小球的重力勢能為mgh，即末狀態(tài)的重力勢能為mgh，初狀態(tài)的重力勢能為mgH，重力勢能的變化即為mghmgHmg(Hh)，重力勢能減少了mg(Hh)，故選D.,解析,答案,例3如圖5所示，質(zhì)量為m的小球，用一長為l的細線懸于O點，將懸線拉直成水平狀態(tài)，并給小球一個向下的速度讓小球向下運動，O點正下方D處有一釘子，小球運動到B處時會以D為圓心做 圓周運動，并經(jīng)過C點，若已知OD l，則小球由 A點運動到C點的過程中，重力做功為多少？重力勢 能減少了多少？,三、重力做功與重力勢能變化的關(guān)系,圖5,解析,答案,解析從A點運動到C點，小球下落的高度為h l，,負號表示小球的重力勢能減少了.,1.重力做功與重力勢能變化的關(guān)系：WEp1Ep2Ep，即重力勢能變化多少是由重力做功的多少唯一量度的，與物體除重力外是否還受其他力作用以及除重力做功外是否還有其他力做功等因素均無關(guān). 2.兩種情況,導(dǎo)學(xué)探究如圖6所示，物體與彈簧相連，物體在O點時彈簧處于原長，把物體向右拉到A處由靜止釋放，物體會由A向A運動，則：,四、彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系,答案正功減少,圖6,答案,(1)物體由A向O運動的過程中，彈力對物體做什么功？彈簧的彈性勢能如何變化？,(2)物體由O向A運動的過程中，彈力對物體做什么功？彈簧的彈性勢能如何變化？,答案負功增加,答案,知識深化 1.對彈性勢能的理解 (1)系統(tǒng)性：彈性勢能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質(zhì)點因相對位置改變而具有的能量，因此彈性勢能具有系統(tǒng)性. (2)相對性：彈性勢能的大小與選定的零勢能位置有關(guān)，對于彈簧，一般規(guī)定彈簧處于原長時的勢能為零勢能. 注意：對于同一個彈簧，伸長和壓縮相同的長度時，彈簧的彈性勢能是相同的.,2.彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系 (1)關(guān)系：彈力做正功時，彈性勢能減少，彈力做負功時，彈性勢能增加，并且彈力做多少功，彈性勢能就變化多少. (2)表達式：W彈EpEp1Ep2. 3.使用范圍：在彈簧的彈性限度內(nèi). 注意：彈力做功和重力做功一樣，也和路徑無關(guān)，彈性勢能的變化只與彈力做功有關(guān).,例4如圖7所示，處于自然長度的輕質(zhì)彈簧一端與墻接觸，另一端與置于光滑地面上的物體接觸，現(xiàn)在物體上施加一水平推力F，使物體緩慢壓縮彈簧，當推力F做功100 J時，彈簧的彈力做功_J，以彈簧處于自然長度時的彈性勢能為零，則彈簧的彈性勢能為_J.,圖7,解析,答案,100,100,解析在物體緩慢壓縮彈簧的過程中，推力F始終與彈簧彈力等大反向，所以推力F做的功等于物體克服彈簧彈力所做的功，即W彈WF100 J.由彈力做功與彈性勢能的變化關(guān)系知，彈性勢能增加了100 J.,針對訓(xùn)練如圖8所示，輕彈簧下端系一重物，O點為其平衡位置(即重物重力和彈簧彈力大小相等的位置)，現(xiàn)用手向下拉重物，第一次把它直接拉到A點，彈力做功為W1，第二次把它拉到B點后再讓其回到A點，彈力做功為W2，則這兩次彈力做功的關(guān)系為 A.W1<W2 B.W12W2 C.W22W1 D.W1W2,圖8,解析彈力做功與路徑無關(guān)，彈力做的功等于彈性勢能變化量的負值，兩個過程中彈簧形變量相同，因此彈性勢能的變化量相同，所以彈力做的功相同，故W1W2，D正確.,解析,答案,達標檢測,1.(重力做功的特點)如圖9所示，某物塊分別沿三條不同的軌道由離地面高h的A點滑到同一水平面上，軌道1、2是光滑的，軌道3是粗糙的，則 A.沿軌道1滑下重力做的功多 B.沿軌道2滑下重力做的功多 C.沿軌道3滑下重力做的功多 D.沿三條軌道滑下重力做的功一樣多,解析重力做功的多少只與初、末位置的高度差有關(guān)，與路徑無關(guān)，D選項正確.,答案,解析,1,2,3,4,圖9,2.(對重力勢能的理解)關(guān)于重力勢能，下列說法正確的是 A.重力勢能是地球和物體共同具有的，而不是物體單獨具有的 B.處在同一高度的物體，具有的重力勢能相同 C.重力勢能是標量，不可能有正、負值 D.浮在海面上的小船的重力勢能一定為零,答案,解析,1,2,3,4,解析重力勢能具有系統(tǒng)性，重力勢能是物體與地球共有的，故A正確； 重力勢能等于mgh，其中h是相對于參考平面的高度，參考平面不同，h不同，另外質(zhì)量也不一定相同，故處在同一高度的物體，其重力勢能不一定相同，選項B錯誤； 重力勢能是標量，但有正負，負號表示物體在參考平面的下方，故C錯誤； 零勢能面的選取是任意的，并不一定選擇海平面為零勢能面，故浮在海面上的小船的重力勢能不一定為零，選項D錯誤.,1,2,3,4,3.(彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系)(多選)如圖10所示，一個物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質(zhì)彈簧，墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮，在此過程中，以下說法正確的是 A.物體對彈簧做的功與彈簧的壓縮量成正比 B.物體向墻壁運動相同的位移，彈力做的功不相等 C.彈簧的彈力做正功，彈性勢能增加 D.彈簧的彈力做負功，彈性勢能增加,圖10,答案,解析,1,2,3,4,解析由W kx2知，選項A錯誤； 彈簧開始被壓縮時彈力小，彈力做的功也少，彈簧的壓縮量變大時，物體移動相同的距離做的功多，故選項B正確； 物體壓縮彈簧的過程，彈簧的彈力與物體的位移方向相反，所以彈力做負功，彈性勢能增加，故選項C錯誤，選項D正確.,1,2,3,4,4.(重力做功與重力勢能變化的關(guān)系)在離地高80 m處無初速度釋放一小球，小球質(zhì)量為m200 g，不計空氣阻力，g取10 m/s2，取最高點所在水平面為零勢能參考平面.求： (1)在第2 s末小球的重力勢能；,1,2,3,4,答案40 J,重力勢能為：Epmgh0.21020 J40 J.,解析,答案,(2)3 s內(nèi)重力所做的功及重力勢能的變化.,1,2,3,4,答案90 J減少了90 J,3 s內(nèi)重力做功為：Wmgh0.21045 J90 J,解析,答案,W0，所以小球的重力勢能減少，且減少了90 J.,